客货共运模式下高铁列车货运兼办方案优化

以当前高铁快递运输的客货共运模式为背景,研究高铁列车货运兼办方案优化问题.通过分析客货共运模式下货运办理站选择对货物运输、客运列车时刻表与停站方案的影响,以货运办理站选择、货物运输、列车时刻表与列车停站方案为主要决策变量,以极小化旅客旅行时间和未满足货物惩罚成本为目标,构建客货共运模式下基于货运办理站方案选择的货物运输与列车时刻表、列车停站方案一体化优化混合整数线性规划模型.当给定货运办理站选择方案时,本文所构建模型即可转化为传统的客货共运模式下货物运输方案优化模型.以武广高铁为例,设计数值实验,采用C++语言编写程序调用Cplex优化软件对模型进行求解,验证了模型的正确性与合理性.算例结果表明：通过对货运办理站、货物运输方案、列车时刻表和停站方案进行一体化优化,可在尽可能减小货物运输对客运影响的基础上,充分利用高铁线路列车时空上剩余能力,在旅客旅行时间仅增加0.68%、列车停站数量仅增加1.24%的情况下,运输近68%的货物需求,增加铁路部门收益.     

牵引定数不统一的港口后方腹地车流组织优化

线路区段牵引定数不统一是影响列车编组计划制定的重要因素,导致了列车在部分区段欠轴运行,在换重站或技术站进行补减轴作业.本文重点论述了减重方向列车编组方案的优化问题,提出了按充分条件将各种方案归类的方法,从而减少方案成本的对比次数,能快速获得最优的运送方案.在方案成本构成的分析过程中,充分考虑了各影响因素,将牵引机车费用看作与里程相关的可变成本,将欠轴列车浪费的机车和线路能力转化为惩罚费用,并考虑列车开行频率对方案费用的影响,最后从全网络的角度建立减重方向减轴列车编组优化模型.该模型既可获得合理的减重站,又能依据车流量关系选择优化的减轴编组方式,实例验证了模型的有效性.     

基于遗传算法的列车开行方案优化

根据列车停站方案的4种模式,建立了列车开行方案双层规划模型.上层以总的运营费用最小和未服务的旅客数量最少为目标进行停站方案和开行频次的优化;给定停站方案和开行频次后,下层以服务旅客数量最大和旅客总的旅行时间最小为目标,建立了客流分配的混合整数规划.基于GA的开行方案优化算法实现了停站方案生成与客流分配循环反馈优化.最后以台湾高铁为实例分析,验证了本文模型和算法的有效性.     

列车通信网络设计问题中的双层规划模型

列车通信网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构优化问题关系到列车控制系统及安全监测系统的性能和经济效益。对列车通信网络的设计问题进行建模,通过双层规划的思想,将列车通信网络的可靠性、建造费用与通信效率纳入统一的决策过程,从而建立科学的列车通信网络最优性能模型。上层规划以最低建造成本为目标,约束条件为网络可靠性;下层规划以最大通信效率为目标,约束条件为建造费用和网络物理拓扑。最后利用一种基于遗传算法和Floyd算法的混合求解过程对列车通信网络综合规划模型进行求解,得到满足网络稳定性要求下的最小费用设计方案及该方案下的最优效率通信方式。通过对实例结果的分析表明,文中提出的模型是切实有效的。     

基于时空资源的铁路客运站到发线运用调整

从离散化的到发线时空资源的微观描述出发,研究列车加权总晚点时间与到发线使用费用之和最小为优化目标的客运站到发线运用方案调整方法,以保证列车运行安全、满足列车在站到发作业要求为约束条件,建立了求解客运站到发线运用方案调整问题的线性0-1规划模型,并设计了求解模型的遗传模拟退火算法,以快速得到问题的满意解.同时,以某一客运站为例对模型和算法进行验证,结果表明,该模型较好地描述了实际问题,并能在较短时间内获得满意解,实现了客运站到发线运用的实时调整,并为列车调度员随后的列车运行调整工作提供依据.     

基于灵活编组的轨道交通列车开行方案优化方法

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡特性下的列车开行方案优化问题,从乘客广义出行成本和企业运营成本角度,考虑列车满载率对牵引能耗成本的影响,利用数学规划方法构建基于灵活编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,并提出四阶段求解算法.以某城市轨道交通线路为对象进行案例分析,对比传统固定编组列车开行方案,基于灵活编组的列车开行方案使乘客广义出行费用和企业运营成本分别减少了14.6％和11.0％.结果表明:该方法能有效实现既有固定编组条件下,列车开行方案难以达到的乘客出行费用和企业运营成本双赢目标,可为我国城市轨道交通新型运输组织方案的制定提供新方法.     

突发事件下旅客列车行车组织双层规划模型

针对突发事件条件下行车组织所具有的结构复杂、涉及对象多样、运营环境动态变化等特点,建立了列车开行方案与运行计划调整的双层规划模型.上层对列车迂回、列车重联、列车停运等调度策略进行优化,以充分利用路网能力,完成旅客输送过程.在给定上层调度方案后,下层采取改变列车区间运行时间、列车停站时间和列车越行方式等策略,以尽量减少列车晚点的情况和被严重影响的列车数量,恢复按图行车.下层为上层提供调整后的运行时刻表,实现双层迭代整体优化.以京沪高速及相关铁路进行实例分析,实现了在不同突发事件影响范围和限速条件下双层规划模型的迭代过程.实验结果证明,借助双层规划模型可充分利用路网能力,减少突发事件造成的不利影响.     

面向OD客流的高速列车开行方案的优化

满足旅客出行需求的列车开行方案能够更好地吸引客流，提高高速铁路的核心竞争力.以最大化经济收益和最小化出行费用为目标函数，以高速铁路开行方案为研究对象，以旅客出行需求等作为约束条件，将列车开行方案与OD客流量结合起来，同时考虑旅客的购票心理和列车购票的时效性，建立了一种基于动态客流的列车开行方案的多目标优化模型，并设计一种基于个体信息和改进变异算子的多目标差分(SG-MOSaDE)算法进行求解.以广州市某线路为例进行实验，结果表明，优化后的开行方案不仅最大化满足了旅客出行需求，而且在提高铁路部门经济收益的同时降低了旅客的出行花费，并且优化后的列车总停站次数较原来有所下降，停站方案更加均衡.     

动车所选址和列车开行方案编制协同优化

在列车开行方案现有研究成果基础上,考虑动车所选址对列车始发/终到站选择的影响,以列车运行成本、动车所建设成本、动车组出入动车所的空驶成本为优化目标,提出动车所选址与列车开行方案协同优化模型.根据模型特点,采用拉格朗日松弛技术对复杂约束进行松弛,将原问题分解为客流路径分配子问题和列车开行及动车所选址子问题,以珠三角城际网络为案例背景对模型和算法进行验证.计算结果表明:在不考虑动车所与其直接关联车站间空驶里程时,与初始方案相比,优化方案的动车组出入动车所产生的空驶里程降低了56 160列·km,减少了1组车底;与对比方案相比,动车组出入动车所产生的空驶里程降低了13 250列·km,增加了3组车底.通过分析不同服务水平下的列车开行方案与动车所选址方案的联动关系,验证了将两者协同优化的必要性.     

基于差异化换乘感知的轨道交通末班车衔接优化

末班车衔接优化中难于协调的两个关键因素是最大限度减少换乘乘客等待时间和尽可能避免乘客换乘失败.针对末班车时段,重点考虑乘客对换乘满意度的差异化感知,分析换乘站乘客换乘过程及列车接续过程.选取各线路末班车时段内第一趟列车的发车时间为决策变量,以乘客换乘感知费用总和最小为目标,构建全网条件下末班车时段多趟列车的时刻表衔接优化模型,设计多种群遗传算法进行求解.以成都市轨道交通网络为例,对模型及算法进行应用与验证.结果表明:与现有的轨道交通末班车衔接方案相比,通过采用本文提出的模型及多种群遗传算法,成功换乘客流量增加了3.1%,乘客换乘感知费用总和减少了29.7%,有效提高了末班车时段列车接续效果,为网络化运营组织提供重要依据.     

基于时段偏好的高铁旅客车次选择行为研究

高频公交化运营已成为部分高速铁路线路满足快速增长需求的行车组织模式.历史售票数据显示旅客对同一起讫站(OD)间平行车次的选择具有明显差异性,基于Logit模型构建考虑出发时段偏好的旅客平行车次选择方法.从车次选择率及购票特征两方面阐述旅客对平行车次选择的差异性,认为出发时段是影响旅客选择的关键要素.利用RP(Revealed Preference)与SP(Stated Preference)组合调查方法获取旅客实际出发时段偏好及潜在支付意愿.将旅客出发时段偏好融合至选择广义费用函数,构建平行车次条件下旅客的车次选择模型.京沪高铁实证分析显示:模型预测结果与实际情况间平均相对误差为6.62%,验证了方法的有效性和准确性.为精细化需求特征分析及管理提供理论基础和决策方法.     

节能坡与编组方案影响下的地铁列车运行能耗分析

地铁列车在运行过程中,能耗受线路条件以及运营组织方案影响较大。为了更准确地模拟线路运营条件与列车运行能耗之间的关系,在列车运行计算的基础上,分析列车在运行过程中的特点,设计牵引-惰行-制动的站间运行模式下的列车仿真模型,研究列车节能坡设计以及编组方案对列车运行能耗的影响。该模型主要由列车受力分析、站间操纵策略设计以及能耗计算3个部分组成,并在Visual studio平台上设计不同的线路条件及编组方案进行仿真实验,分析其对列车运行能耗的影响规律以及能耗的变化特点。研究发现,采取合理的节能坡设计以及编组方案有利于降低列车运行能耗。     

铁路货物快运服务网络鲁棒性优化方案

针对计划期间货运需求的波动情况,构建了铁路货物快运服务网络设计鲁棒优化模型。通过对比传统铁路货物快运服务网络设计基础模型,以总运输成本最小为目标,决策内容隐含车流的中转方案和摘挂方案、列车编组计划、运到期限等运输服务约束,采用和声搜索算法对模型求解,循环迭代至获取较优结果。研究结果表明,鲁棒优化模型对运输需求变动的适应性较强,且运到期限增大,总成本减少。     

高速铁路单个列车运行冲突消解研究

为研究高速铁路列车运行冲突消解问题,提出了各类列车运行冲突单个冲突的消解策略。分析了平移运行线、交换运行线、变更停站和越行方案以及数学规划方法等4种冲突策略的含义。根据冲突消解代价计算的方法,以最小冲突消解代价为优化目标,研究了高速铁路到达间隔时间冲突和出发间隔时间冲突、区间冲突、到发线运用冲突运用平移运行线、交换运行线、变更停站和越行方案等三种策略进行冲突消解的方法和过程。     

列车运行调整与到发线运用的协同优化研究

在列车运行的过程中,受到各种不确定性因素的影响,列车可能会偏离图定运行计划,同时也会对车站的到发线运用造成干扰。针对列车运行调整与到发线运用协同的优化问题,本文兼顾列车运行调整约束与到发线运用约束,建立了多目标的整数规划模型,并设计了适用于求解该模型的分层序列鸽群优化算法。算例分析表明,模型对列车运行计划进行调整的同时,还能得到满意的到发线运用方案,并且分层序列鸽群优化算法可以快速求解列车加权总到发晚点最少和到发线占用总消耗最小的目标函数。     

密集发车条件下列车束缓冲时间确定方法的研究

基于列车束列车运行图缓冲时间相关规律的研究 ,推导出用于计算密集发车条件下列车束缓冲时间和高峰时段不至于恶化列车运行质量条件下可以放行的列车数的理论公式 ,并根据该公式所反映的函数关系式给出了借助计算机解决这一问题的实际算例 .     

高速铁路中间站股道规模配置与列车时刻表的综合优化

高速铁路中间站的股道规模是影响线路通过能力和运输效率的重要因素;由于在高速铁路的规划阶段,很难对线路的远期客流情况进行预估,因此在运营一段时间后,往往需要通过修建侧轨或站台的方式,对线路沿线的中间站的轨道规模进行更新配置。对于高速铁路来说,其线路上运行的列车均为动车组列车,列车的追踪间隔短,发车密度大,在中间站的停站时间不能过长,一般都以快进快出的运营模式进行运营;同时高铁修建和运营具有高成本属性。文中以改建施工成本和总旅行时间作为评价目标,以列车时刻表与中间站股道数量的耦合关系为约束,构建了综合优化模型。在将约束线性化的基础上,借助商业优化软件GAMS和其集成的CPLEX求解器对模型进行了求解。算例结果表明：将中间站的股道规模配置情况和列车时刻表进行综合优化,一方面能够在时刻表中较好地确定列车越行和折返的站点,另一方面能够在最低施工成本的情况下最大限度地满足未来客流的需求。     

城市轨道交通列车交路编组一体化编制方法

本文对影响列车交路方案和编组方案编制的各要素进行定量分析,从乘客和运营方两个角度建立列车交路编组一体化编组模型,并设计了相应的遗传求解算法。将求解得到的方案与单一交路、单一编组方案进行比较,结果显示,利用本文方案通过灵活编组、开行小交路等方式,可以减少13.6%的候车时间、2.65%的运营成本、12.88%的运用车数量。通过灵敏度分析,证明了该方案的可行性。     

新型列控系统列车追踪间隔的优化及效能评估

为了解决地铁列车运力不足，缩短列车追踪间隔，提出了新型列控系统、相对移动闭塞和协同运行三者相结合的方法，构建了列车通信协同运行模型。在该模型下，精细化前后列车冲突区域，对正线和站后折返最小追踪间隔分别优化建模，提出缩短追踪间隔的行车策略。经实际线路仿真计算，相比基于通信的列车运行控制系统(communication based train control, CBTC)列车通过能力提升了32.3%，且4A编组可以满足79.9 s的行车间隔。考虑缩短行车间隔对运营效能的影响，将运营效能量化为运输率、满载率、单位能耗、等车时间，对不同行车方案进行评估。结果表明，对于单向小时断面客流量小于6.4万的线路，通过调节行车间隔，4A编组在满足满载率下，比6A、8A编组能耗更小，等车时间更短。     

动态随机客流下城轨列车运行调整策略

针对城市轨道交通中随机到达客流对列车运行造成的延误问题,将动态变化且服从泊松分布的客流到达率拟合为随机分布变量.结合随机规划理论,构建了以列车发车时间偏差及到站列车间隔偏差为最小化目标的期望模型.应用最优化方法中的K-T条件对所建模型进行求解,得出调整相关偏差的控制策略.通过实例仿真模拟列车运行在受到随机客流及外界干扰的影响下产生的延误,比较采取调整策略前后列车在各站的离站时间偏差及其优化水平,结果表明:所设计的列车运行调整策略能够有效减小列车延误约25%,使得在动态客流下的城市轨道交通列车运行更能"按图行车".